浅谈空气压缩机的工作过程及安全操作

■邓代君 李文胜

（1.新疆轻工职业技术学院，新疆乌鲁木齐830021；2.新疆农业大学，新疆乌鲁木齐830052）

现代工业的自动化离不开气压控制和气动控制，随着气压、气动技术的不断发展，空气压缩机在各行各业得到了极为广泛的运用，因此被称为通用机械。例如，现代饲料生产所用的卧式浆叶式混合机的开启与关闭，饲料厂除尘设备及气缸的使用，乳制品、饮料加工中气动阀门的控制等，都需要气体压力能提供动力。气体压力能由电能转化形成，根据其用途的不同，具有不同的气压，从而提供不同功率的动力，如用于控制仪表的气能需要达到的压力值需要考虑对阀门的影响，通常会根据铭牌规定设定压力值，压力过高会缩短膜头的使用寿命，过低会造成阀门开启关闭不全，或者动作迟缓，实际使用中的压力值约为0.3～0.8 MPa。气能的独特之处在于易于控制，使用方便，能起到缓冲作用，不发热、没有污染。但成本昂贵，消耗100 kW的电能最多只能得到相当于30 kW电能的压缩空气能。因此需要珍惜使用。

1 空压机的工作过程及结构组成

1.1 空压机的工作过程

压缩机也被称为压气机或压风机，空气压缩机（Air Compressor）是一种将发电机的电能转化成机械能并最终转换成气体压力能的设备，主要是通过对气体的高度压缩进而提高气体压力的主体气源装置，它属于动力机械装备。

空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机和速度式压缩机两大类。目前在工业、民用、教学单位中试车间等领域广泛使用的直联便携式空压机是一种将压缩机与电机同轴并组合在一起的高速轻便微型的容积式空气压缩机[1-2]。

其工作过程是由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，通过连杆带动活塞在气缸中产生直线往复运动，引起气缸工作腔容积的变化，从而造成气缸工作腔内气体压力的变化。当活塞在气缸中由气缸盖侧向气缸轴侧移动时，气缸盖侧容积增大，其中的气体压力逐渐减小，当其压力低于大气压时，吸气阀开启，外界空气通过进气口的滤清器进入缸内，活塞到达内止点时，吸气阀关闭，吸气过程完成；随后，活塞由轴侧向盖侧移动，由于吸气阀和出气阀均处于关闭状态，随着活塞的移动，气缸工作腔容积逐渐减小，气体在气缸中被压缩，气压增大，这个过程被称为压缩过程；当气体压力达到规定压力后，由于缸内压力高于输出空气管道内的压力，排气阀打开，压缩空气进入排气管道，经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐。这个过程称为排气过程。排气压力达到额定压力0.7 MPa时，由压力开关控制，空压机自动停机，当储气罐压力降至0.5～0.6 MPa时压力开关自动联接启动，空压机重新开始进行空气压缩[1-4]。

1.2 空压机的结构组成

1.2.1 空压机的主体部件和附属部件

主体部件包括三部分，动力系统：主要是柴油机或电动机；压缩机主机：包括空气过滤器、活塞、活塞环、刮油环、气缸、进排气阀等组件，主要作用是产生压缩空气；储气罐：储气罐安装在空压机和压缩空气管网之间，其作用是缓和由于排气不均匀和不连续而引起的压力波动，储备一定数量的压缩空气，维持供需气量之间的平衡；另外去除压缩空气中的油水和杂质，净化压缩空气；降低压缩空气的温度[3-5]。

附属部件有：①连接及传动管件，主要包括曲轴、曲柄连杆机构，十字头组件；②润滑系统，主要指电机油泵、机油过滤器、分油器、膜片止回阀等；③油气分离器；④冷却系统[3-4]。

1.2.2 空压机的外部元件

空压机外部元件有电源插头、压力开关、安装有消声器的进气口、与使用压缩气体的设备连接的排气阀、安全阀、压力表、呼吸器、空压机润滑油观测镜、位于罐体下部的排污阀等。

其中空压机上的压力开关主要是来调节空压机的启停，通常供货商会根据客户需要将压力开关预先调节到指定压力，并设定一个压差，当储气罐中的压力达到所需压力时，空压机停机或者卸载，让空压机停机休息，从而对机器有保养作用。

空气消声器一方面可以对进入压缩机的空气进行清洁，减小空气尘埃对活塞和气缸等部件的磨损；另一方面可以消除或者降低空气动力性噪声。

润滑油储藏在机油箱中，机油箱位于机身的下部，相当于一个密封的容器。润滑油工作时，随着温度的升高，易气化形成高浓度可燃性气体，增大油箱内部的压力，引起爆炸燃烧。因此，一般的压缩机通常在机身上安装一个或几个呼吸器以排出油箱里面的空气，释放油箱的压力，给机身内部通风换气；除此之外，呼吸器能够将油雾内的润滑油变成液态回收到机箱内部，减少润滑油的损耗或者对周围空气的污染。

空压机润滑油观测镜（简称油镜）：正常油量不应超过小红点上缘，若低于小红点中间线，就应该立即添加机油，否则会导致空气压缩机烧毁，但也不宜加得过满，否则会有机油从呼吸嘴的位置喷溅，直到恢复到正常油位为止。

2 压缩空气

压缩空气通常指被保存在一定空间内，维持一定的压力，且该压力大于大气压的空气。最常见的压缩空气是在工业生产中由空压机产生的。压缩空气最重要的用途是作为动力源广泛的应用于工业生产的各个行业中。压缩空气的衡量指标包括基本指标和质量指标。

2.1 压缩空气的基本指标

压力、流量与温度是压缩空气的三个基本指标。任何需要压缩空气的场合对压缩空气的压力和流量都是有要求的。目前最普遍的压力值在0.7 MPa（g）左右。在一些特殊场合如玻璃行业，对压缩空气的压力要求可能为0.2～0.4 MPa（g）左右；在某些军工企业，对压缩空气压力要求可能在几十兆帕。市场上有各种各样的空气压缩机可以来满足这些要求。

压缩空气的流量是指换算为吸气状态下(1个大气压，20℃)，单位时间内空气的容积。流量单位通常有：m3/min，m3/h，L/min；其他一些国家习惯用cfm（每分钟立方英尺）表示压缩空气的流量，cfm与m3/min的换算关系为：1 m3/min=35.315 cfm。

国家标准GB3853对一般容积式空气压缩机的吸气状态规定为：空气温度t=20℃，绝对压力P=0.1 MPa，相对湿度φ=0%（标准状态）。因此，空压机生产厂家应标明其空压机的排气量的测定条件。选择空压机，考虑流量指标时，除了要考虑使用压缩空气的设备的用气量外，还要考虑系统的泄漏以及可能会增加的其它用气设备的用气量，压缩机产气量要多于实际用气量的15%～30%。

2.2 压缩空气的质量指标

质量指标通常是指压缩空气中所含有的杂质的含量，主要指水、尘埃、润滑油，衡量指标分别是露点、含尘量和含油量。

为了统一标准，国际标准组织（ISO）所属压缩机、气动机械及工具委员会（TC118）在1986年提出了关于压缩空气干燥净化设备和压缩空气品质的国际标准，其中压缩空气质量等级标准ISO8573.1把压缩空气中的污染物分为固体杂质、水和油三种（我国等同采用了ISO8573，并确定为国家标准GB/T13277-91《一般用压缩空气质量等级》）。目前该标准已被GB/T 13277.1-2008.《压缩空气第1部分：污染物净化等级》替代[6]。

3 空压机安全操作规程

3.1 安装条件要求

3.1.1 安放环境：空压机应安置在地势平整、干燥、空气清洁、通风良好、光线充足、便于检查和加油的地方。

3.1.2 电路要求：电源线采用橡胶电缆线，电源线规格、电源电压与电动机的要求相一致。

3.1.3 空压机正常工作环境温度在-5～35℃之间，海拔高度不超过2 000 m。空压机在正常工作环境温度下，吸气压力为0.1 MPa(绝对压力)和终了排气压力为额定排气压力时，其实际排气温度不应超过200℃，曲轴箱内的润滑油温度不应超过70℃。

3.2 空压机启动前的操作

全新压缩机开封时，切记需将加油孔塞子拿掉(该塞子只用于运输过程)，改用随机配给的通气塞（即呼吸嘴）；去除缸盖进气口内的堵塞，装上消声器；完成压力控制系统的调整，即压力开关的压差调整；对安全阀进行调整；对输出气压进行调节（以上通常由供货商安排人员完成）。

作为实验实训教学设备的空压机，使用频率不高，因此，在使用前，需要对空压机外部进行仔细擦拭。及时清理完毕后进行下一步操作。

检查内容包括：各部位螺丝或螺母有无松动现象；管路连接是否正常；润滑油位是否适当；电缆线及电气开关是否合乎规定，接线是否正确；电源之电压是否正确；检查所有的阀是否均处于合适的位置及正确的启，闭状态；检查系统并除去其内的外来异物；打开并再次关闭储气罐下部的放水阀；若系统设备检修后重新启动时，应除去所有为安全维护而安装的维修附件及维修用标志牌。

3.3 空压机开始运转的注意事项

以上各点检查完毕后，将排气阀门全开，然后向上拉起启动按钮/压力开关，使机器在无负荷状态下启动运转15 min，这样可以延长空压机及原动力的寿命。

启动后若没有异音，则将阀门关闭，使储气罐中的压力逐渐升高到设定压力。达到设定压力后，压力开关自动切断电源，电机停止运转。

另外，电机装有过热保护开关，当环境温度过高或长时间连续高压运行或通风不良等导致电机过热时，过热保护开关将切断电源，使电机停转。该现象并非故障，而是对机器采取的保护措施。请等待5～15 min后，电机温度降低了就可重新启动。

3.4 一天的作业结束后，请切断电源，打开罐底的排污阀，排出储气罐内的水分和压缩空气。注意机器不使用时和无人员看护时必须拔掉电源，以免引起火灾。

4 小结

空压机除了要按照说明书进行安全操作之外，还应该注意定期的保养及检查，尤其是教学单位的中试设备有其特有的使用规律和特点：在教学周期内，使用频繁；在学校寒暑假期间，则基本上不使用，因此，欲延长机器设备的运行周期、使用年限，就必须要了解其组成结构及特点，做到安全正确地使用，定期合理地维护，特别是一个教学周期结束时的清洁与保养，以及下一个教学周期开始时的检查与调试。